JP2003222662A - 光ファイバ磁気センサ - Google Patents
光ファイバ磁気センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度特性に優れ、長期的に安定した光ファイ
バ磁気センサを提供する。 【解決手段】 金属被覆光ファイバコイル２１、２２の
台座２３−１にセラミックまたはガラス若しくは樹脂を
主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複合した合成材
料を用いたので、長時間高温下で使用しても台座２３−
１が収縮することがない。また、金属被覆光ファイバ２
１、２２の台座２３−１への固定にシリコーン系樹脂２
５を用いたので、低温において硬化することがない。従
って、従来のような温度変化による台座２３−１の径の
変化がないので、金属被覆光ファイバコイル２１、２２
の共振周波数の変動がなく、温度特性に優れ、長期的に
安定した光ファイバ磁気センサの提供を実現することが
できる。
バ磁気センサを提供する。 【解決手段】 金属被覆光ファイバコイル２１、２２の
台座２３−１にセラミックまたはガラス若しくは樹脂を
主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複合した合成材
料を用いたので、長時間高温下で使用しても台座２３−
１が収縮することがない。また、金属被覆光ファイバ２
１、２２の台座２３−１への固定にシリコーン系樹脂２
５を用いたので、低温において硬化することがない。従
って、従来のような温度変化による台座２３−１の径の
変化がないので、金属被覆光ファイバコイル２１、２２
の共振周波数の変動がなく、温度特性に優れ、長期的に
安定した光ファイバ磁気センサの提供を実現することが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ磁気セ
ンサに関する。
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ内を伝播する光の干渉を利用
して磁気を検出する装置として、例えば光ファイバ磁気
センサ（特開平１１−３１６２６８号公報）が挙げられ
る。
して磁気を検出する装置として、例えば光ファイバ磁気
センサ（特開平１１−３１６２６８号公報）が挙げられ
る。
【０００３】図６は従来の光ファイバ磁気センサのブロ
ック図である。
ック図である。
【０００４】この光ファイバ磁気センサはマッハ・ツェ
ンダ干渉計を用いたものである。光源１から出射された
光は光ファイバに導かれ、第１の光ファイバカプラ２に
入る。この光ファイバカプラ２で光は２つの光路に分岐
され、一方（図では上側）の光は参照光として金属被覆
光ファイバコイル３及び位相変調器４を経て第２の光フ
ァイバカプラ５に入射する。
ンダ干渉計を用いたものである。光源１から出射された
光は光ファイバに導かれ、第１の光ファイバカプラ２に
入る。この光ファイバカプラ２で光は２つの光路に分岐
され、一方（図では上側）の光は参照光として金属被覆
光ファイバコイル３及び位相変調器４を経て第２の光フ
ァイバカプラ５に入射する。
【０００５】光ファイバカプラ２で分岐された他方（図
では下側）の光は金属被覆光ファイバコイル６及び位相
変調器７を経て光ファイバカプラ５で参照光と合波され
る。
では下側）の光は金属被覆光ファイバコイル６及び位相
変調器７を経て光ファイバカプラ５で参照光と合波され
る。
【０００６】ここで、光ファイバには偏波面保存光ファ
イバを用い、同じ偏波面を有する光が干渉し合うように
なっている。
イバを用い、同じ偏波面を有する光が干渉し合うように
なっている。
【０００７】信号光が伝播する金属被覆光ファイバコイ
ル６の金属被覆には、金属被覆光ファイバコイル６の共
振周波数にほぼ一致した周波数を有する発振器８によっ
て、一定実効値の交流電流が供給される。
ル６の金属被覆には、金属被覆光ファイバコイル６の共
振周波数にほぼ一致した周波数を有する発振器８によっ
て、一定実効値の交流電流が供給される。
【０００８】位相変調器４には、マッハ・ツェンダ干渉
計のドリフトを検出するための一定実効値の電圧を有す
る交流信号が発振器９から入力される。
計のドリフトを検出するための一定実効値の電圧を有す
る交流信号が発振器９から入力される。
【０００９】受光器１０、１１で光信号は電気信号に変
換され、差動増幅器１２に送られる。ここで、直流成分
が除去され、同期検波器１３、１４に送られる。
換され、差動増幅器１２に送られる。ここで、直流成分
が除去され、同期検波器１３、１４に送られる。
【００１０】同期検波器１３では、発振器９の２倍の周
波数成分に発生する、マッハ・ツェンダ干渉計のドリフ
トを同期検波によって抽出する。この信号は増幅器１５
を介して位相変調器７に送られ、マッハ・ツェンダ干渉
計に帰還が行われる。その結果、発振器９の２倍の周波
数成分が限りなく零に近づくように、つまりマッハ・ツ
ェンダ干渉計の感度が最大になるような動作点に安定さ
せる帰還制御ループが成立し、ドリフトが除去される。
波数成分に発生する、マッハ・ツェンダ干渉計のドリフ
トを同期検波によって抽出する。この信号は増幅器１５
を介して位相変調器７に送られ、マッハ・ツェンダ干渉
計に帰還が行われる。その結果、発振器９の２倍の周波
数成分が限りなく零に近づくように、つまりマッハ・ツ
ェンダ干渉計の感度が最大になるような動作点に安定さ
せる帰還制御ループが成立し、ドリフトが除去される。
【００１１】同期検波器１４では発振器８の周波数成分
を有する磁気情報信号を同期検波によって抽出する。こ
の出力がセンサ出力となる。
を有する磁気情報信号を同期検波によって抽出する。こ
の出力がセンサ出力となる。
【００１２】上述した金属被覆光ファイバコイル６には
図７（ａ）に示すような十字平面形状の台座１６が用い
られる。
図７（ａ）に示すような十字平面形状の台座１６が用い
られる。
【００１３】ここで、図７（ａ）は図６に示した光ファ
イバ磁気センサに用いられる金属被覆光ファイバコイル
の外観斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の円Ｂの
拡大図であり、図７（ｃ）は台座への金属被覆光ファイ
バの巻き付けの様子を示す図である。
イバ磁気センサに用いられる金属被覆光ファイバコイル
の外観斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の円Ｂの
拡大図であり、図７（ｃ）は台座への金属被覆光ファイ
バの巻き付けの様子を示す図である。
【００１４】台座１６には、絶縁性があり、加工性の良
いフェノール樹脂（ベークライト「登録商標」）が用い
られており、十字平面形状を有している。
いフェノール樹脂（ベークライト「登録商標」）が用い
られており、十字平面形状を有している。
【００１５】台座１６の一部の枝部１６ａには電極２４
が設けられ、枝部１６ａの側面は円筒の一部をなし、そ
の外周には複数のＶ溝が等間隔で周方向に形成されてい
る（図７（ｂ））。
が設けられ、枝部１６ａの側面は円筒の一部をなし、そ
の外周には複数のＶ溝が等間隔で周方向に形成されてい
る（図７（ｂ））。
【００１６】このような台座１６の外周の各Ｖ溝内に金
属被覆光ファイバ１７が保持されるように巻き回された
状態でディスペンサ１９を用いてエポキシ系の樹脂２０
により部分的に固定されている（金属被覆光ファイバ７
が周方向に収縮できるようにするためである。）。金属
被覆光ファイバ１７の金属被覆は電極２４に半田付けに
より固定されている。
属被覆光ファイバ１７が保持されるように巻き回された
状態でディスペンサ１９を用いてエポキシ系の樹脂２０
により部分的に固定されている（金属被覆光ファイバ７
が周方向に収縮できるようにするためである。）。金属
被覆光ファイバ１７の金属被覆は電極２４に半田付けに
より固定されている。
【００１７】金属被覆光ファイバコイル３も台座１６と
同様の台座（図示せず。）の外周に金属被覆光ファイバ
１８が巻き回されてエポキシ系の樹脂２０により固定さ
れたものである。
同様の台座（図示せず。）の外周に金属被覆光ファイバ
１８が巻き回されてエポキシ系の樹脂２０により固定さ
れたものである。
【００１８】このように構成された金属被覆光ファイバ
コイル６の共振周波数ｆ0は、金属被覆光ファイバコイ
ル６の曲率半径Ｒの関数であり、数１式で表される。
コイル６の共振周波数ｆ0は、金属被覆光ファイバコイ
ル６の曲率半径Ｒの関数であり、数１式で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】ここで、Ｅは金属被覆光ファイバコイル６
のヤング率であり、ρは金属被覆光ファイバコイル６の
単位長さあたりの質量である。
のヤング率であり、ρは金属被覆光ファイバコイル６の
単位長さあたりの質量である。
【００２１】図８は図６に示した光ファイバ磁気センサ
の磁気感度の周波数特性を示す図であり、横軸が周波数
を示し、縦軸が磁気感度を示す。
の磁気感度の周波数特性を示す図であり、横軸が周波数
を示し、縦軸が磁気感度を示す。
【００２２】同図に示すように磁気感度の特性曲線は、
共振周波数ｆ0のときに最大感度を有する犬曲線状とな
っている。
共振周波数ｆ0のときに最大感度を有する犬曲線状とな
っている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバ磁気センサでは、下記に示す消光比ηの温度変
化、共振周波数ｆ0の変動があるため、温度特性の劣化
や長期的な安定性の不足等の問題があった。
ァイバ磁気センサでは、下記に示す消光比ηの温度変
化、共振周波数ｆ0の変動があるため、温度特性の劣化
や長期的な安定性の不足等の問題があった。
【００２４】（１）消光比ηの温度変化
上述した偏波面保存光ファイバの特性を示すパラメータ
の１つとしての消光比ηは、数２式で表される。
の１つとしての消光比ηは、数２式で表される。
【００２５】
【数２】
【００２６】ここで、Ｐxは、光ファイバに直線偏波光
を入射したとき、入射光と同じ偏波軸を有する、光ファ
イバ出射端からの光のパワーであり、ＰyはＰxに垂直な
偏波軸を有する光のパワーである。
を入射したとき、入射光と同じ偏波軸を有する、光ファ
イバ出射端からの光のパワーであり、ＰyはＰxに垂直な
偏波軸を有する光のパワーである。
【００２７】図９は図６に示した光ファイバ磁気センサ
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの消光比ηの温
度変化を示す図であり、横軸が温度を示し、縦軸が消光
比ηを示す。
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの消光比ηの温
度変化を示す図であり、横軸が温度を示し、縦軸が消光
比ηを示す。
【００２８】通常、偏波面保存光ファイバの消光比η
は、温度変化に伴ってほぼ直線状に変化するが、偏波面
保存光ファイバは図中破線Ｌ１で示したファイバ素線の
みの変化に比べて実線Ｌ２で示したように低温において
小さくなり、消光比ηが劣化する。これは、低温におい
て、エポキシ樹脂は硬化するため、光ファイバに側圧が
加わるためである。
は、温度変化に伴ってほぼ直線状に変化するが、偏波面
保存光ファイバは図中破線Ｌ１で示したファイバ素線の
みの変化に比べて実線Ｌ２で示したように低温において
小さくなり、消光比ηが劣化する。これは、低温におい
て、エポキシ樹脂は硬化するため、光ファイバに側圧が
加わるためである。
【００２９】光ファイバ磁気センサでは、同様の偏波面
を有する光同士を干渉させ、干渉光の大小により磁気の
大小を検出しているが、消光比ηが大きくなるというこ
とは、干渉に寄与しない光成分が増加する。このため、
低温でのＳ／Ｎ比が低下する。
を有する光同士を干渉させ、干渉光の大小により磁気の
大小を検出しているが、消光比ηが大きくなるというこ
とは、干渉に寄与しない光成分が増加する。このため、
低温でのＳ／Ｎ比が低下する。
【００３０】（２）長時間使用時の共振周波数の変動
ベークライトは、含水率が最大１．０％であるため、長
時間高温下で使用すると水分が蒸発し、全体的に収縮す
る。
時間高温下で使用すると水分が蒸発し、全体的に収縮す
る。
【００３１】台座１６に使用されているベークライトが
収縮すると、台座１６の半径Ｒが減少するため数１式よ
り共振周波数ｆ0が高くなる。
収縮すると、台座１６の半径Ｒが減少するため数１式よ
り共振周波数ｆ0が高くなる。
【００３２】図１０は台座にベークライトを使用した場
合の金属被覆光ファイバコイルの共振周波数ｆ0の経時
変化を示す図であり、横軸が経過時間を示し、縦軸が共
振周波数ｆ0を示す。
合の金属被覆光ファイバコイルの共振周波数ｆ0の経時
変化を示す図であり、横軸が経過時間を示し、縦軸が共
振周波数ｆ0を示す。
【００３３】図６に示した光ファイバ磁気センサのよう
に、発振器８や同期検波器１４は初期設定時にある周波
数に設定されるが、金属被覆光ファイバコイル６の共振
周波数が変動してドリフトΔｆが発生するため、設定し
た周波数が共振周波数ｆ0以下であるときは磁気感度が
低下し、光ファイバ磁気センサのＳ／Ｎ比が大きくな
る。また、共振周波数ｆ0より高い値に設定した場合に
は、磁気感度は設定周波数が共振周波数ｆ0に等しくな
るまで増加し、それ以後低下する。光ファイバ磁気セン
サの磁気感度が初期の値よりも大きくなる場合には信号
の振幅が大きくなり、飽和するおそれがあるという問題
があった。
に、発振器８や同期検波器１４は初期設定時にある周波
数に設定されるが、金属被覆光ファイバコイル６の共振
周波数が変動してドリフトΔｆが発生するため、設定し
た周波数が共振周波数ｆ0以下であるときは磁気感度が
低下し、光ファイバ磁気センサのＳ／Ｎ比が大きくな
る。また、共振周波数ｆ0より高い値に設定した場合に
は、磁気感度は設定周波数が共振周波数ｆ0に等しくな
るまで増加し、それ以後低下する。光ファイバ磁気セン
サの磁気感度が初期の値よりも大きくなる場合には信号
の振幅が大きくなり、飽和するおそれがあるという問題
があった。
【００３４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度特性に優れ、長期的に安定した光ファイバ磁気
センサを提供することにある。
し、温度特性に優れ、長期的に安定した光ファイバ磁気
センサを提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバ磁気センサは、光源からの光を第
１の光カプラで２方向に分岐し、分岐側に接続された２
つの金属被覆光ファイバコイルを通過させた後第２の光
カプラで合波すると共に、金属被覆光ファイバコイルの
金属被覆に交流電流を流し、外部磁束との相互作用によ
って各金属被覆光ファイバコイルの周方向に生じた伸縮
或いは径方向に生じた側圧変化による光路差変化を光の
強弱信号として検出する光ファイバ磁気センサにおい
て、金属被覆光ファイバコイルは、金属被覆光ファイバ
がほぼ円形平面形状を保持するようにセラミックまたは
ガラス若しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィ
ラーを複合した合成材料からなる台座に巻き回され、台
座にシリコーン系樹脂で部分的に固定されたものであ
る。
に本発明の光ファイバ磁気センサは、光源からの光を第
１の光カプラで２方向に分岐し、分岐側に接続された２
つの金属被覆光ファイバコイルを通過させた後第２の光
カプラで合波すると共に、金属被覆光ファイバコイルの
金属被覆に交流電流を流し、外部磁束との相互作用によ
って各金属被覆光ファイバコイルの周方向に生じた伸縮
或いは径方向に生じた側圧変化による光路差変化を光の
強弱信号として検出する光ファイバ磁気センサにおい
て、金属被覆光ファイバコイルは、金属被覆光ファイバ
がほぼ円形平面形状を保持するようにセラミックまたは
ガラス若しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィ
ラーを複合した合成材料からなる台座に巻き回され、台
座にシリコーン系樹脂で部分的に固定されたものであ
る。
【００３６】上記構成に加え本発明の光ファイバ磁気セ
ンサの台座はＩ字、Ｙ字、十字、若しくは星型平面形状
を有していてもよい。
ンサの台座はＩ字、Ｙ字、十字、若しくは星型平面形状
を有していてもよい。
【００３７】上記構成に加え本発明の光ファイバ磁気セ
ンサの台座の金属被覆光ファイバとの接触部に金属被覆
光ファイバを保持するための溝が形成されているのが好
ましい。
ンサの台座の金属被覆光ファイバとの接触部に金属被覆
光ファイバを保持するための溝が形成されているのが好
ましい。
【００３８】本発明によれば、金属被覆光ファイバコイ
ルの台座にセラミックまたはガラス若しくは樹脂を主原
料にガラス繊維及び無機フィラーを複合した合成材料を
用いたので、長時間高温下で使用しても台座が収縮する
ことがなく外径、すなわち、金属被覆光ファイバコイル
の径が収縮することがない。また、金属被覆光ファイバ
の台座への固定にシリコーン系樹脂を用いたので、低温
においてエポキシ系樹脂のように硬化することがない。
従って、従来のような温度変化による台座の径の変化が
ないので、金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の変
動がなく、温度特性に優れ、長期的に安定した光ファイ
バ磁気センサの提供を実現することができる。
ルの台座にセラミックまたはガラス若しくは樹脂を主原
料にガラス繊維及び無機フィラーを複合した合成材料を
用いたので、長時間高温下で使用しても台座が収縮する
ことがなく外径、すなわち、金属被覆光ファイバコイル
の径が収縮することがない。また、金属被覆光ファイバ
の台座への固定にシリコーン系樹脂を用いたので、低温
においてエポキシ系樹脂のように硬化することがない。
従って、従来のような温度変化による台座の径の変化が
ないので、金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の変
動がなく、温度特性に優れ、長期的に安定した光ファイ
バ磁気センサの提供を実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００４０】図１は本発明の光ファイバ磁気センサのブ
ロック図である。なお、図６に示した従来例と同様の部
材には共通の符号を用いた。
ロック図である。なお、図６に示した従来例と同様の部
材には共通の符号を用いた。
【００４１】この光ファイバ磁気センサはマッハ・ツェ
ンダ干渉計を用いたものである。光源（例えばレーザダ
イオード若しくは発光ダイオード）１から出射された光
は光ファイバに導かれ、第１の光ファイバカプラ２に入
る。この光ファイバカプラ２で光は２つの光路に分岐さ
れ、一方（図では上側）の光は参照光として金属被覆光
ファイバコイル２１及び位相変調器４を経て第２の光フ
ァイバカプラ５に入射する。
ンダ干渉計を用いたものである。光源（例えばレーザダ
イオード若しくは発光ダイオード）１から出射された光
は光ファイバに導かれ、第１の光ファイバカプラ２に入
る。この光ファイバカプラ２で光は２つの光路に分岐さ
れ、一方（図では上側）の光は参照光として金属被覆光
ファイバコイル２１及び位相変調器４を経て第２の光フ
ァイバカプラ５に入射する。
【００４２】光ファイバカプラ２で分岐された他方（図
では下側）の光は金属被覆光ファイバコイル２２及び位
相変調器７を経て光ファイバカプラ５で参照光と合波さ
れる。
では下側）の光は金属被覆光ファイバコイル２２及び位
相変調器７を経て光ファイバカプラ５で参照光と合波さ
れる。
【００４３】ここで、光ファイバには偏波面保存光ファ
イバを用い、同じ偏波面を有する光が干渉し合うように
なっている。
イバを用い、同じ偏波面を有する光が干渉し合うように
なっている。
【００４４】信号光が伝播する金属被覆光ファイバコイ
ル２２の金属被覆には、金属被覆光ファイバコイル２２
の共振周波数にほぼ一致した周波数を有する発振器８に
よって、一定実効値の交流電流が供給される。
ル２２の金属被覆には、金属被覆光ファイバコイル２２
の共振周波数にほぼ一致した周波数を有する発振器８に
よって、一定実効値の交流電流が供給される。
【００４５】位相変調器４には、マッハ・ツェンダ干渉
計のドリフトを検出するための一定実効値の電圧を有す
る交流信号が発振器９から入力される。
計のドリフトを検出するための一定実効値の電圧を有す
る交流信号が発振器９から入力される。
【００４６】受光器（例えばフォトダイオード若しくは
フォトトランジスタ）１０、１１で光信号は電気信号に
変換され、差動増幅器１２に送られる。ここで、直流成
分が除去され、同期検波器１３、１４に送られる。
フォトトランジスタ）１０、１１で光信号は電気信号に
変換され、差動増幅器１２に送られる。ここで、直流成
分が除去され、同期検波器１３、１４に送られる。
【００４７】同期検波器１３では、発振器９の２倍の周
波数成分に発生する、マッハ・ツェンダ干渉計のドリフ
トを同期検波によって抽出する。この信号は増幅器１５
を介して位相変調器７に送られ、マッハ・ツェンダ干渉
計に帰還が行われる。その結果、マッハ・ツェンダ干渉
計の感度が最大になるような動作点に安定させる帰還制
御ループが成立し、ドリフトが除去される。
波数成分に発生する、マッハ・ツェンダ干渉計のドリフ
トを同期検波によって抽出する。この信号は増幅器１５
を介して位相変調器７に送られ、マッハ・ツェンダ干渉
計に帰還が行われる。その結果、マッハ・ツェンダ干渉
計の感度が最大になるような動作点に安定させる帰還制
御ループが成立し、ドリフトが除去される。
【００４８】同期検波器１４では発振器８の周波数成分
を有する磁気情報信号を同期検波によって抽出する。こ
の出力がセンサ出力となる。
を有する磁気情報信号を同期検波によって抽出する。こ
の出力がセンサ出力となる。
【００４９】なお、図１に示した光ファイバ磁気センサ
の基本的な信号処理については図６に示した光ファイバ
磁気センサと同様なため省略する。
の基本的な信号処理については図６に示した光ファイバ
磁気センサと同様なため省略する。
【００５０】図２（ａ）は図１に示した光ファイバ磁気
センサに用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜
視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の円Ａの拡大図で
あり、図２（ｃ）は台座への金属被覆光ファイバの巻き
付けの様子を示す図である。
センサに用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜
視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の円Ａの拡大図で
あり、図２（ｃ）は台座への金属被覆光ファイバの巻き
付けの様子を示す図である。
【００５１】台座２３−１はセラミックまたはガラス若
しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複
合した合成材料からなり、十字平面形状を有している。
台座２３−１の一部の枝部２３−１ａには電極２４が設
けられ、枝部２３−１ａの側面は円筒の一部をなし、そ
の外周には複数のＶ溝が等間隔で周方向に形成されてい
る（図２（ｂ））。
しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複
合した合成材料からなり、十字平面形状を有している。
台座２３−１の一部の枝部２３−１ａには電極２４が設
けられ、枝部２３−１ａの側面は円筒の一部をなし、そ
の外周には複数のＶ溝が等間隔で周方向に形成されてい
る（図２（ｂ））。
【００５２】このような台座２３−１の外周の各Ｖ溝内
に金属被覆光ファイバ１７が保持されるように巻き回さ
れた状態でディスペンサ１９を用いてシリコーン系の樹
脂２５により部分的に固定されている。金属被覆光ファ
イバ１７の金属被覆は電極２４に半田付けにより固定さ
れている。
に金属被覆光ファイバ１７が保持されるように巻き回さ
れた状態でディスペンサ１９を用いてシリコーン系の樹
脂２５により部分的に固定されている。金属被覆光ファ
イバ１７の金属被覆は電極２４に半田付けにより固定さ
れている。
【００５３】金属被覆光ファイバコイル２１も台座２４
と同様の材質からなる台座（図示せず。）の外周に金属
被覆光ファイバ１８が巻き回されてシリコーン系樹脂で
固定されたものである。
と同様の材質からなる台座（図示せず。）の外周に金属
被覆光ファイバ１８が巻き回されてシリコーン系樹脂で
固定されたものである。
【００５４】図３は図２（ａ）に示した金属被覆光ファ
イバの消光比の温度特性を示す図であり、横軸が温度軸
を示し、縦軸が消光比軸を示す。
イバの消光比の温度特性を示す図であり、横軸が温度軸
を示し、縦軸が消光比軸を示す。
【００５５】シリコーン系樹脂は低温においても硬化し
ないため、光ファイバによる温度特性と同様な変化を呈
する。
ないため、光ファイバによる温度特性と同様な変化を呈
する。
【００５６】このような金属被覆光ファイバコイルを一
組用いて図１に示したマッハ・ツェンダ干渉計型の光フ
ァイバ磁気センサを構成したときの共振周波数の変化を
測定する。
組用いて図１に示したマッハ・ツェンダ干渉計型の光フ
ァイバ磁気センサを構成したときの共振周波数の変化を
測定する。
【００５７】図４は図１に示した光ファイバ磁気センサ
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の
変化を示す図であり、横軸が経過時間を示し、縦軸が共
振周波数を示す。
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の
変化を示す図であり、横軸が経過時間を示し、縦軸が共
振周波数を示す。
【００５８】台座２３−１は、セラミックまたはガラス
若しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを
複合した合成材料からなるため、水分の蒸発等による外
径の経時変化が無く、長時間の使用においても共振周波
数ｆ0はほとんど変動せずあってもドリフトΔｆはごく
僅かである。このため、長期間の使用においても安定し
た信号強度が得られるため、長期信頼性が向上する。
若しくは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを
複合した合成材料からなるため、水分の蒸発等による外
径の経時変化が無く、長時間の使用においても共振周波
数ｆ0はほとんど変動せずあってもドリフトΔｆはごく
僅かである。このため、長期間の使用においても安定し
た信号強度が得られるため、長期信頼性が向上する。
【００５９】なお、本実施の形態では台座は十字平面形
状を有しているが、本発明はこれに限定されず、台座は
Ｉ字、Ｙ字、若しくは星型平面形状を有してもよい。
状を有しているが、本発明はこれに限定されず、台座は
Ｉ字、Ｙ字、若しくは星型平面形状を有してもよい。
【００６０】図５（ａ）〜（ｄ）は図１に示した光ファ
イバ磁気センサに用いられる金属被覆光ファイバコイル
の変形例を示す平面図である。
イバ磁気センサに用いられる金属被覆光ファイバコイル
の変形例を示す平面図である。
【００６１】図５（ａ）はＩ字平面形状の台座２３−２
を用いた場合、図５（ｂ）はＹ字平面形状の台座２３−
３を用いた場合、図５（ｃ）は大字平面形状の台座２３
−４を用いた場合、図５（ｄ）は＊型平面形状の台座２
３−５を用いた場合をそれぞれ示している。なお、図５
（ｄ）では枝部の数が６個の＊型平面形状の台座２３−
５が示されているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、枝部の数が７個以上であってもよい。なお、枝
部の数が６個以上のものを星型とする。
を用いた場合、図５（ｂ）はＹ字平面形状の台座２３−
３を用いた場合、図５（ｃ）は大字平面形状の台座２３
−４を用いた場合、図５（ｄ）は＊型平面形状の台座２
３−５を用いた場合をそれぞれ示している。なお、図５
（ｄ）では枝部の数が６個の＊型平面形状の台座２３−
５が示されているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、枝部の数が７個以上であってもよい。なお、枝
部の数が６個以上のものを星型とする。
【００６２】これらＩ字、Ｙ字、若しくは星型平面形状
の台座を用いて光ファイバ磁気センサを構成しても図１
に示した光ファイバ磁気センサと同様の効果が得られ
る。
の台座を用いて光ファイバ磁気センサを構成しても図１
に示した光ファイバ磁気センサと同様の効果が得られ
る。
【００６３】以上において本光ファイバ磁気センサの金
属被覆光ファイバの台座への固定にはシリコーン系樹脂
を用いた。シリコーン系樹脂は低温でも硬化しないた
め、光ファイバに側圧を与えず、温度特性を劣化させな
い。また、台座の材料にはセラミックまたはガラス若し
くは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複合
した合成材料を用いたので、経時変化せず外径が一定し
ており、センサ特性が長期間にわたって安定する。
属被覆光ファイバの台座への固定にはシリコーン系樹脂
を用いた。シリコーン系樹脂は低温でも硬化しないた
め、光ファイバに側圧を与えず、温度特性を劣化させな
い。また、台座の材料にはセラミックまたはガラス若し
くは樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複合
した合成材料を用いたので、経時変化せず外径が一定し
ており、センサ特性が長期間にわたって安定する。
【００６４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、温度特性
に優れ、長期的に安定した光ファイバ磁気センサの提供
を実現することができる。
に優れ、長期的に安定した光ファイバ磁気センサの提供
を実現することができる。
【図１】本発明の光ファイバ磁気センサのブロック図で
ある。
ある。
【図２】（ａ）は図１に示した光ファイバ磁気センサに
用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）の円Ａの拡大図であり、（ｃ）は台
座への金属被覆光ファイバの巻き付けの様子を示す図で
ある。
用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）の円Ａの拡大図であり、（ｃ）は台
座への金属被覆光ファイバの巻き付けの様子を示す図で
ある。
【図３】図２（ａ）に示した金属被覆光ファイバの消光
比の温度特性を示す図である。
比の温度特性を示す図である。
【図４】図１に示した光ファイバ磁気センサに用いられ
る金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の変化を示す
図である。
る金属被覆光ファイバコイルの共振周波数の変化を示す
図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図１に示した光ファイバ磁気
センサに用いられる金属被覆光ファイバコイルの変形例
を示す平面図である。
センサに用いられる金属被覆光ファイバコイルの変形例
を示す平面図である。
【図６】従来の光ファイバ磁気センサのブロック図であ
る。
る。
【図７】（ａ）は図６に示した光ファイバ磁気センサに
用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）の円Ｂの拡大図であり、（ｃ）は台
座への金属被覆光ファイバの巻き付けの様子を示す図で
ある。金属被覆光ファイバコイルを用いたときのセンサ
の磁気感度の周波数特性を示す図である。
用いられる金属被覆光ファイバコイルの外観斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）の円Ｂの拡大図であり、（ｃ）は台
座への金属被覆光ファイバの巻き付けの様子を示す図で
ある。金属被覆光ファイバコイルを用いたときのセンサ
の磁気感度の周波数特性を示す図である。
【図８】図６に示した光ファイバ磁気センサの磁気感度
の周波数特性を示す図である。
の周波数特性を示す図である。
【図９】図６に示した光ファイバ磁気センサに用いられ
る金属被覆光ファイバコイルの消光比ηの温度変化を示
す図である。
る金属被覆光ファイバコイルの消光比ηの温度変化を示
す図である。
【図１０】台座にベークライトを使用した場合の金属被
覆光ファイバコイルの共振周波数ｆ0の経時変化を示す
図である。
覆光ファイバコイルの共振周波数ｆ0の経時変化を示す
図である。
１ 光源
２、５ 光カプラ
４、７ 位相変調器
８、９ 発振器
１０、１１ 受光素子
１２ 差動増幅器
１３、１４ 同期検波器
１５ 増幅器
１７、１８ 金属被覆光ファイバ
２１、２２ 金属被覆光ファイバコイル
２３−１ 台座
２４ 電極
２５ シリコーン系樹脂
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 堀内 久喜
東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日
立電線株式会社内
(72)発明者 椎名 則文
東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日
立電線株式会社内
(72)発明者 大橋 健一
東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日
立電線株式会社内
(72)発明者 砂原 秀一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD11 AD69 BA13
2G053 AB01 CA01 DA00
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光を第１の光カプラで２方向
に分岐し、分岐側に接続された２つの金属被覆光ファイ
バコイルを通過させた後第２の光カプラで合波すると共
に、上記金属被覆光ファイバコイルの金属被覆に交流電
流を流し、外部磁束との相互作用によって各金属被覆光
ファイバコイルの周方向に生じた伸縮或いは径方向に生
じた側圧変化による光路差変化を光の強弱信号として検
出する光ファイバ磁気センサにおいて、上記金属被覆光
ファイバコイルは、金属被覆光ファイバがほぼ円形平面
形状を保持するようにセラミックまたはガラス若しくは
樹脂を主原料にガラス繊維及び無機フィラーを複合した
合成材料からなる台座に巻き回され、上記台座にシリコ
ーン系樹脂で部分的に固定されたものであることを特徴
とする光ファイバ磁気センサ。 - 【請求項２】 上記台座はＩ字、Ｙ字、十字、若しくは
星型平面形状を有する請求項１に記載の光ファイバ磁気
センサ。 - 【請求項３】 上記台座の上記金属被覆光ファイバとの
接触部に上記金属被覆光ファイバを保持するための溝が
形成されている請求項１または２に記載の光ファイバ磁
気センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021893A JP2003222662A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 光ファイバ磁気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021893A JP2003222662A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 光ファイバ磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003222662A true JP2003222662A (ja) | 2003-08-08 |
Family
ID=27745014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002021893A Pending JP2003222662A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 光ファイバ磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003222662A (ja) |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002021893A patent/JP2003222662A/ja active Pending
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